(57)【要約】【課題】ＩＣカードの不揮発性メモリに書き込まれたデータの信頼性を向上させること。【解決手段】外部から供給された電源によって回路を動作させるＩＣカードにおいて、外部機器との通信を行う通信部（２０６）と、電荷蓄積層を有し、この電荷蓄積層に電荷を蓄積することで外部機器から取得したデータを記憶する複数のメモリセルを備えた書き換え可能な不揮発性メモリ（２０２）と、前記不揮発性メモリのメモリセルの電荷蓄積層に所定以上の電荷が蓄積されていることを識別するためのしきい値セル（２０３）と、を備えた。【選択図】      図１
2007265496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から供給された電力によって回路を動作させるＩＣカードにおいて、
外部機器との通信を行う通信部と、
電荷蓄積層を有し、この電荷蓄積層に電荷を蓄積することで外部機器から取得したデータを記憶する複数のメモリセルを備えた書き換え可能な不揮発性メモリと、
前記不揮発性メモリのメモリセルの電荷蓄積層に所定以上の電荷が蓄積されていることを識別するためのしきい値セルと、を具備することを特徴とするＩＣカード。
【請求項２】
請求項１に記載のＩＣカードにおいて、前記しきい値セルは、不揮発性メモリの各ページに用意されていることを特徴とするＩＣカード。
【請求項３】
請求項２に記載のＩＣカードにおいて、前記通信部と、不揮発性メモリと、しきい値セルとの動作を制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、ページの書き換え又はバイトの書き換えが発生する度に、当該ページ又は当該バイトが含まれるページに相当するしきい値セル書き換えを開始することを特徴とするＩＣカード。
【請求項４】
請求項３に記載のＩＣカードにおいて、前記制御部は、書き込み開始から所定時間経過時に順次動作を停止することを特徴とすることを特徴とするＩＣカード。
【請求項５】
ＩＣカードのデータ記憶用として使用される不揮発性メモリのデータ管理方法において、
不揮発性メモリの各ページに複数のしきい値セルを用意し、
ページへの書き込みが生じた時点で、前記ページに相当する前記しきい値セルへの書き込みを開始し、
前記しきい値セルの書き込みを書き込みの開始から所定時間経過後に順次終了させることを特徴とする不揮発性メモリのデータ管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣカード及び不揮発性メモリのデータ管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣカードには所定のデータを保持するための不揮発性メモリが使用されているが、不揮発性メモリのメモリセルは、データを保持するために、通常のＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）などを構成するゲートとソース・ドレインに加えて、所定の期間電荷を保持するための電荷蓄積層を備えている。この不揮発性メモリへのデータの書き込みや消去は、この電荷蓄積層への電荷の蓄積或いは電荷蓄積層からの電荷の引き抜きによって行われる。この不揮発性メモリのデータ書き込み時において、不揮発性メモリのデータが正常に書き換えられたか、或いは不揮発性メモリに正常にデータが書き込まれたかが、一般に次の手順で判定される。
【０００３】
（１）タイマーにより、書き込みに必要な時間をカウントする。この場合において、タイマーのカウントにより書き込みが終了したことを検知する。具体的には、一般に、タイマー信号又はタイマーで生成されるＲ／Ｂ信号のいずれかを制御部がモニタするか、或いはタイマーによって作られる書き込み終了を示す割り込み信号を制御部に送信することによって書き込みが終了したことを検知する。別の方法として、不揮発性メモリが所定のしきい値に達したか否かをモニタして、所定のしきい値に達したことを制御部に通知することにより、不揮発性メモリへのデータの書き込みを完了させても良い。  
（２）そして、書き込みが正常に完了した場合には、不揮発性メモリが正常に書き換えられたかどうかを、制御部が書き込まれた値を不揮発性メモリから読み出すことで判定する（以下、「書込ベリファイ」と称する）。  
なお、電荷蓄積層に蓄積された電荷量は、時間の経過に伴って、漏洩などにより減少するため、メモリセル内の電荷の変動により、しきい値を跨ぐことが考えられ、この場合には読み出したデータが変化する。このため、上記のタイマーやＲ／Ｂ信号は設計マージンが十分取られており、不揮発性メモリのデータ保持時間もこれを元に保証されている。また、書込ベリファイにおいて、書き込みが出来た（ＯＫ）か、できなかったか（ＮＧ）の２通りの判定を行っている。
【０００４】
しかし、不揮発性メモリは常に安定した環境下で使用されるとは限らない。  
例えば、ＩＣカードが無線カードである場合を考慮すると、ＩＣカードは外部装置からの初期応答要求に対して、外部装置へレスポンスを返信し、次に外部装置はＩＣカードにカード選択コマンドを送信し、ＩＣカードがレスポンスを外部装置に返信することにより、通信が確立される。このように、通常外部装置およびＩＣカードは相互認証を行い、お互いの正当性を確認し例えばＩＣカードへのアクセスが許可されることになる。無線ＩＣカードの場合には、ＩＣカードの動作に必要な電力やデータ伝送は非接触で行われるため、電力がＩＣカードに必ずしも安定的に供給されるとは限らない。特に重要な意味を持つデータ、例えば金額情報などのデータも非接触状態で変更等がなされることになる。しかし、このデータが正しくかつ信頼性が高くなければ、すなわち書き込まれたデータが十分なマージンを持って書き込まれていなければ、書き込まれたデータが経時変化を起こす可能性がある。通信状態が劣悪な場合にはデータ変更などはできずにその場でエラーを検知できる。しかし、書き込みが正常終了して、その直後の読み出しは成功するものの、書き込みマージンが十分でなければ、経時変化によりメモリセルのしきい値が変化して、保持すべきデータを保持していないという結果をもたらすことになる。
【０００５】
このように、メモリセルの書き込みを実行した場合に、書込ベリファイの結果がＯＫと判定されても、電荷蓄積層への電荷の蓄積が不十分であれば、保証された期間、書き込まれたデータを保持できない可能性がある。この理由は、電荷蓄積層に蓄積された電荷が、時間の経過と共に、漏洩により失われていくからである。このため、書き込みが不十分で電荷蓄積層に十分電荷が蓄積されていない場合であっても、書き込み直後にはデータの読み出しを正しく行うことができるが、ある時間経過した経過した時点で電荷蓄積層に蓄積された電荷量が規定量以下になるため、所定のしきい値が得られず、データを正しく読みだすことができなくなることになる。
【０００６】
また、安定的な動作環境で正常に動作し、設計上必要な書き込み電荷が電荷蓄積層に供給された場合においても、ＬＳＩデバイスのメモリセルの製造工程などの要因から、保証期間データを保持できない場合もある。  
書き込みが正常終了した場合において、書き込みが不十分になる具体的な理由としては、例えば書き換えのときに発生した揺籃により書き換え時間が短くなるケース（この場合にもタイマーは正常に制御部に書き換え終了を通知してしまう）や、書き込み時間は正常であっても書き込みに必要な電力が与えられないケースなどが考えられる。後者の場合には、電圧検知回路などで書き換え中の電圧をモニタすることが可能であるが、一旦メモリへの書き換え動作が始まると、この回路をＬＳＩシステムが強制的に働かせないことが考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、書き換え可能な不揮発性メモリおよびＣＰＵなどの制御回路を有し、外部装置とのデータ入出力を行う手段を備えたＩＣチップを内蔵したいわゆるＩＣカードに適応されるものであって、ＩＣカードへのデータ書き換えや書き込みの際に、システムの揺籃などから発生する誤ったデータ書き換えを防いだり、データ自体は正常に書き込まれたが、データの信頼性が保証される状態になっていない場合を検知して、データの経時変化を防いだりすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、所定の書き込みデータのしきい値を検出するためのしきい値セルを用意し、書き込まれたデータをモニタすることにより、電荷蓄積層へ十分電荷が蓄えられているかどうかを判定する。この結果により、再度データの更新を実施するか、ある期間後に再度モニタして元のデータを再書き込みすることで、書き込みデータの信頼性を向上させるようにしている。  
こういったＩＣカードにおいて、書き込まれたデータが保証している期間保持できるか、或いは保持しているデータがやがて変化する可能性があるかを判断できれば、データのバックアップや上書きが可能になる。
【０００９】
具体的には、本発明の局面に係る発明は、外部から供給された電源によって回路を動作させるＩＣカードにおいて、外部機器との通信を行う通信部と、電荷蓄積層を有し、この電荷蓄積層に電荷を蓄積することで外部機器から取得したデータを記憶する複数のメモリセルを備えた書き換え可能な不揮発性メモリと、前記不揮発性メモリのメモリセルの電荷蓄積層に所定以上の電荷が蓄積されていることを識別するためのしきい値セルと、を具備することを特徴とする。なお、本発明は、ＩＣカードのみの発明に限らず、方法の発明としても成立する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、メモリセルへの書き込みが不十分な場合やメモリセルの不具合による場合などのデータの変化を事前に知ることができる。これにより、データの再書き込みを必要に応じて行うことで、データの信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るＩＣカードを利用したシステムの全体構成を示す図である。  
図１に示すように、本システムは、カードリーダ・ライタ１０２と、端末１０３と、キーボード１０４と、ＣＲＴ１０５と、プリンタ１０６とを備えている。ＩＣカード１０1は、カードリーダ・ライタ１０２と無線通信が可能であり、カードリーダ・ライタ１０２は、ＩＣカード１０1に記録されたデータを読み込んだり、ＩＣカード１０1にデータを書き込んだりする。ＩＣカード１０1からの読み出しデータは、このカードリーダ・ライタ１０２を介して端末１０３に転送され、ＩＣカード１０1への書込データは、カードリーダ・ライタ１０２を介して端末１０３から転送される。これによって、ＩＣカード１０１内のデータが書き換え、更新、或いは追加等なされる。また、端末１０３に接続されたキーボード１０４は、オペレターがＩＣカード１０１への入力データや、書込、更新指示などを行うための入力装置である。また、ＣＲＴ１０５と、プリンタ１０６は出力装置であって、所定の画面やフォーマットにより、ＩＣカード１０１に書き込まれたデータを出力したり、更新データ等を出力したりする。上記の構成において、カードリーダ・ライタ１０２はＩＣカード１０１へコマンドを送り、ＩＣカード１０１から返信するレスポンスを受信する。このカードリーダ・ライタ１０２は、端末１０３に接続されているが、端末１０３はネットワークで接続されオンラインで集中管理システムに接続されて、ＩＣカード１０１の処理を行うようにしても良いし、端末１０３による処理ローカルな処理を行っても良い。
【００１２】
図２は、ＩＣカード１０１の構成例を示すブロック図である。図２において、ＩＣカード１０１は、ＩＣチップ２００と通信部２０６とを備えている。また、ＩＣチップ２００（破線の枠内の部分）は、１つ（或いは複数）のＩＣチップで構成されており、制御部２０１と、データメモリ２０２と、ワーキングメモリ２０３と、プログラムメモリ２０４とを備えている。なお、通信部２０６もＩＣチップ２００に搭載されていても良い。なお、ＩＣチップ２００と通信部２０６とが、樹脂等により、一体的にＩＣモジュール化されて、ＩＣカード１０１の本体内に埋設されている。
【００１３】
制御部（例えばＣＰＵ）２０１は、各部の制御やプログラムの実行を行う。データメモリ２０２は、各種データの記憶に使用されるデータ記憶用メモリであり、例えば、書き換え可能な不揮発性メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）である。以下の説明では、表現を統一するために、データメモリ２０２を「不揮発性メモリ」と称する。また、ワーキングメモリ２０３は、制御部２０１が処理を行う際の処理データを一時的に保持するためのメモリ（すなわち、作業用メモリ）であり、例えば、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）で構成される。プログラムメモリ２０４は、たとえば、マスクＲＯＭで構成されており、制御部２０１で動作するプログラムなどを記憶する。なお、不揮発性メモリ２０２にプログラムを格納することも可能である。
【００１４】
図３は、不揮発性メモリ２０２への”０”データの書き込みの様子を示す図である。図３において、縦軸は電荷量を示し、横軸は書き込み時間を示している。なお、不揮発性メモリ２０２のデータの書き換えは、通常バイト単位又はページ単位で行われるので、データの書き換えはバイト単位又はページ単位で行われるものとする。また、データを書き換える際に、不揮発性メモリ２０２の各メモリセルのデータは、”１”書き込み状態と”０”書き込み状態の２つの状態のみが存在するものとする。ここで、本実施形態では、説明の便宜上、”１”書き込み状態は、電荷蓄積層に電子が所定量注入された状態であり、消去状態と定義する。また、”０”書き込み状態は、電荷蓄積層から電子が引き抜かれた状態であり、書き込み状態と定義する。電荷蓄積層に蓄積された電荷量に応じて、メモリセルのしきい値が決定されるので、該しきい値に応じて、メモリセルの状態（消去状態又は書き込み状態）が決定されることになる。
【００１５】
図３を参照して１つのメモリセルに注目した場合の”０”書き込みの場合の動作を説明する。メモリセルに”０”が書き込まれているとする。このメモリセルに”０”を書き込む場合、書き換えがバイト単位又はページ単位で行われるので、該バイト又はページ内のメモリセルに書き換えが生じた場合には、該バイト又はページ内のメモリセルデータを一旦消去して（すなわち、”１”書込を行って）書き戻さなくてはならない。従って、一旦、該メモリセルのデータを消去し（電荷蓄積層に電子を注入して”１”書き込みを行って）、その後”０”データを書き込む（電荷蓄積層から電子を引き抜く）動作を行うことになる。以下、電荷蓄積層に電子を注入する動作は「”１”書込」と称し、電荷蓄積層から電子を引き抜く動作は「”０”書込」と称する。
【００１６】
図３では、破線はデータが”０”又は”１”のいずれになるかのしきい値を示し、このしきい値より電荷量が上であれば読み出した結果は”０”（すなわち”０”書込状態）になり、このしきい値より電荷量が下であれば読み出した結果は”１”（すなわち”１” 書込状態）であることを示す。なお、”０”書込については、図３において、”１”書込開始後、しばらくは”０”の状態であり、”１”書込完了から”０”書込開始後、しばらくは”１”の状態であることを示している。通常、”１”書込から”０”書込までの動作は一連の動作で実行される。
【００１７】
上記のように、”１”書込から”０”書込までの動作は一連の動作で実行されるが、バイト単位で書き換えを行う場合は、ページ単位の書き込みにおいて書き換えたいアドレスのみ選択して書き換えに必要な信号などを送るようにしている。従って、本発明の実施形態では、１ページ毎にしきい値が経時変化に対して正常範囲内に保たれているかどうかを判定するためのメモリセル（以下、「しきい値セル」と称する）を用意している。
【００１８】
図４及び図５を参照して、本発明の一実施形態に係る不揮発性メモリの管理方法について説明する。図４は、しきい値セルへの書き込みのシーケンスを示す図であり、図５は、図４に示すシーケンスに従って、しきい値セルに書き込まれる電荷量を示す図である。  
しきい値セルとして、例えば、第１から第４のしきい値セルを用意する。本実施形態では、これらの第１から第４のしきい値セルへの”１”書込から”０”書込までの動作において書き込みの終了タイミングをずらしている。具体的には、以下の通りである。また、上記のように、”１”書込から”０”書込までの動作が一連の動作で実行されるものとする。
【００１９】
まず、第１から第４のしきい値セルに対して”１”書込が開始すると、各しきい値セルの電子が引き抜かれる。ここで、第１のしきい値セルについては”１”書込の途中で書き込みを中断し、第２から第４のしきい値セルについては、”１”書込が完了するまで”１”書込が行われる。続いて、第３と第４のしきい値セルに対して”０”書込を開始し、第３のしきい値セルについては”０”書込の途中で書き込みを中断し、第４のしきい値セルについては、”０”書込が完了するまで”０”書込が行われる。この場合において、正常に書き込みができた場合に、第１から第４のしきい値セルから（１，１，０，０）のデータが読み出せるように、第１から第４のしきい値セルに対する書き込み時間と書き込み電圧が設定されている。
【００２０】
この場合において、正常に書き込みが終了した直後であれば、設計通りに第１から第４のしきい値セルに書き込みが行われているはずであるので、それらのデータは（１，１，０，０）のはずである。  
そこで、以下、書き込みが異常終了などで中断した場合と、書き込みが正常に終了したか否かに関わらず書き込み直後のデータは正常に読み取れるが、経時変化によりデータが変化した場合について、説明する。
【００２１】
まず、書き込みが異常終了などにより中断して、データの書き込みが正常に終了しなかった場合について説明する。  
この場合には、第１から第４のしきい値セルのいずれかが正常に書き込めなかったことを意味する。この場合には、どの段階で書き込みが中断したかでその対応が、例えば、下記のように決定される。ここでは、図５の時刻Ｔ１とＴ２の時点で書き込みが中断した場合について説明する。なお、第１から第４のしきい値セルについては、それぞれ、”１”書込状態と”０”書込状態とを示す蓄積電荷量が異なるものとし、”１”書込状態を検出するための蓄積電荷量は第２のしきい値セルの方が第１のしきい値セルよりも大きく、”０”書込状態を検出するための蓄積電荷量は第４のしきい値セルの方が第３のしきい値セルよりも大きいものとして説明する。
【００２２】
時刻Ｔ１で書き込みが中断した場合には、第１のしきい値セルの書き込みは終了しているが、第２から第４のしきい値セルの書き込みは終了しておらず、電荷蓄積層に蓄積された電荷はＱ１である。従って、第２のしきい値セルは”１”書込状態に達していないので、”０”書込状態と判定され、逆に、第３と第４のしきい値セルは”０”書込状態に達していないので、”１”書込状態と判定されることになる。従って、第１から第４のしきい値セルは（１，０，１，１）となるので、書込異常と判定される。
【００２３】
また、時刻Ｔ２で書き込みが中断した場合には、第１から第３のしきい値セルの書き込みは終了しているが、第４のしきい値セルの書き込みは終了しておらず、電荷蓄積層に蓄積された電荷はＱ２である。従って、第４のしきい値セルは”０”書込状態に達していないので、”１”書込状態と判定されることになる。従って、第１から第４のしきい値セルは（１，１，０，１）となるので、書込異常と判定される。ただし、このとき、書き換え対象のメモリセルはしきい値を越えていることが予想されるので、データの信頼性は低いが、正常に読み出しができる可能性がある。
【００２４】
上記のように書込異常と判定された場合には、端末１０３（又はその上位機器）による再書き込みが行われることが好ましい。なお、”０”書き込みが終了していない場合であっても、第４のしきい値セルに十分なマージンを持って電荷が蓄積されていない場合には、時間の経過に従ってデータが”０”から”１”に変化する可能性がある。ここで、メモリセルの電荷蓄積層に蓄積された電荷量は漏洩などによりしきい値の方向に動くため、電荷量が十分でないと、データを保持すべき時間、電荷を蓄えることができない。たとえば、第３のしきい値セルの場合、蓄積電荷量が少なければ、ある時間がたてば読み出し結果が”１”になることが考えられ、この状態では正常に書きこまれたセルの電荷も減少していると想定できる。従って、制御部２０１が端末１０３に対してデータ保持特性が保てない旨を上位に通知するかあるいは、再度同じデータを該当するバイトに上書きすることで、デ一夕リテンションの特性低下を防ぐことができる。
【００２５】
上記のように、本発明の実施形態によれば、ＩＣカードへのデータ書き換えコマンド等によりデータを変えた場合、直後の読み出しでは正常にデータ読み出しができかつ、しきい値セルが保持に十分な状態を示していない場合には、書き込みＮＧあるいはトライを推奨するレスポンスを上位装置に返すことでＩＣカードに再度書き込みを行うことで、データ保持に十分な書き込みが保障できる。また、ＩＣカード放置後に使用する段階でしきい値セルの読み出しを行うことでやがて、しきい値セルに相当するメモリセルのデータが近いうちに保持できない可能性があることを端末などに通知することで再度書き込みを実施することができ、データの保持に対する信頼性が高くなる。
【００２６】
本発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。  
例えば、上記の実施形態では、しきい値セルをページ毎に設けるようにしたが、しきい値セルを別に設けても構わない。また、上記の実施形態では、しきい値セルが４個であり、しきい値セルごとにしきい値を変えた例を説明したが、しきい値セルは５個以上であっても良く、また、各しきい値セルのしきい値を同じとして、電荷蓄積層に蓄積された電荷量及び電荷量の変化で十分書き込みがなされたかどうかの判断や、時間経過に伴うデータの信頼性の判定を行うようにしても良い。  
また、上記の実施形態では、各しきい値セルに異なるしきい値を与えて、しきい値と蓄積電荷量によって、”０”データ又は”１”データの判断を行うようにしたが、これに限らず、各しきい値セルに対する”０”データ又は”１”データの境界の蓄積電荷量は同じとして、各しきい値セルに蓄積された電荷量のみで”０”データ又は”１”データを判断するようにしてもよい。  
更に、上記の実施形態では、”０”データと”１”データの境界を電荷量しきい値（熱平衡状態）として、”１”データを電子の過剰状態、”０”データを正孔の過剰状態として説明したが、例えば、”１”データを熱平衡状態として、”０”データを正孔の過剰状態としたり、その逆として扱っても、もちろん構わない。  
さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【００２７】
また、例えば各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るＩＣカードを利用したシステムの全体構成を示す図である。
【図２】ＩＣカード１０１の構成例を示すブロック図である。
【図３】不揮発性メモリ２０２への”０”データの書き込みの様子を示す図である。
【図４】しきい値セルへの書き込みのシーケンスを示す図である。
【図５】図４に示すシーケンスに従って、しきい値セルに書き込まれる電荷量を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０1…ＩＣカード
１０２…カードリーダ・ライタ
１０３…端末
１０４…キーボード
１０５…ＣＲＴ
１０６…プリンタ
２００…ＩＣチップ
２０１…制御部
２０２…データメモリ（不揮発性メモリ）
２０３…ワーキングメモリ
２０４…プログラムメモリ
２０６…通信部
【図１】
2007265496.tif 000003
【図２】
2007265496.tif 000004
【図３】
2007265496.tif 000005
【図４】
2007265496.tif 000006
【図５】
2007265496.tif 000007